NATO Narrowband Waveform (NBWF) - network layer flow control protocols

Abstract

NATO has an ongoing activity with the objective to develop a narrowband waveform (NBWF) standard for the VHF/UHF band. This is a single-channel mobile ad-hoc network (MANET) which shall serve voice and data traffic simultaneously over a 25 kHz radio channel. As a member of the NBWF working group, FFI is working on a proposal for a network layer flow control protocol in multihop networks. A narrowband network has low throughput capacity, and to experience network congestion during usage must be regarded as an ordinary event. Therefore it is important to have a robust flow control protocol that prevents network collapse. The first part of this document addresses the challenges we are faced with in a multihop network when the current NBWF link layer is used. Then we propose two flow control protocols and implement these protocols in the NBWF network simulator. The solutions proposed are based on a cross layer design where we also consider services at the lower layers, their buffer structure and the layer interface flow control. A number of simulation experiments are conducted with the objective to study protocol behaviour under different conditions. This report concludes that NBWF must implement a network layer flow control protocol, that is, some signalling between adjacent nodes is required. However, which of the two flow-control protocols to select demands further study. Based on the simulation experiments, we conclude that the link layer must implement an additional function (LLC exponential backoff) as a countermeasure to the hidden-node problem.

Nato har en pågående aktivitet for standardisering av en smalbåndsbølgeform (NBWF) for bruk i VHF/UHF-området. En modellerings- og simuleringsaktivitet ved FFI skal bidra til NBWF ved å vurdere alternative protokollfunksjoner for betjening av tale- og datatrafikk i distribuerte mobile nett. Dette dokumentet omhandler flytkontroll på nettnivå over luftgrensesnittet. Et smalbåndsnett har lav trafikkapasitet og metningssituasjoner kan lett oppstå. Flytkontroll skal beskytte nettets kjerneprotokoller mot overbelastning slik at nettet kan opprettholde en stabil tjenestekvalitet for alle brukere under høytrafikkperioder. Den første delen av dokumentet gir en oversikt over noen utfordringer ved bruk av gjeldende NBWF linklagsprotokoller. Deretter beskrives to mulige protokoller for flytkontroll. Disse implementeres i NBWF-simulatoren. En serie simuleringseksperimenter er utført for å studere kandidatenes oppførsel under varierende trafikkforhold. Rapporten konkluderer med at NBWF må ha flytkontroll på nettverksnivå. Å velge hvilken av de to foreslåtte protokollene som gir best ytelse for NBWF, krever bruk av mer komplekse netttopologier enn de som er simulert. Under arbeidet ble det observert en svakhet i det gjeldende NBWF-linklaget. Rapporten forslår en løsning (”LLC exponential backoff”) og estimerer nettets kapasitetsøkning etter implementasjon av ”LLC exponential backoff”.